L`aquifère côtier des Mnasra (plaine du Gharb, Maroc
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L`aquifère côtier des Mnasra (plaine du Gharb, Maroc
Versão online: http://www.lneg.pt/iedt/unidades/16/paginas/26/30/95 Comunicações Geológicas (2011) 98, 73-81 ISSN: 0873-948X; e-ISSN: 1647-581X L’aquifère côtier des Mnasra (plaine du Gharb, Maroc): hydrogéologie et modélisation hydrodynamique The coastal aquifer of Mnasra (Gharb, Morocco): hydrogeology and hydrodynamic modelling O aquífero costeiro de Mnasra (Gharb, Marrocos): hidrogeologia e modelação hidrodinâmica B. Bouya1*, M. Faouzi1, M. Ben Abbou1, A. Essahlaoui2, M. Bahir3, N. Youbi3, 4, M.A. Hessane1 Artigo original Original article Recebido em 16/03/2011 / Aceite em 01/09/2011 Disponível online em Outubro de 2011 / Publicado em Dezembro de 2011 © 2011 LNEG – Laboratório Nacional de Geologia e Energia IP Résumé: L’aquifère Plio-Quaternaire des Mnasra a connu, au cours de la dernière décennie des prélèvements anarchiques et non rationnels, engendrant la surexploitation de cette nappe et entrainant ainsi la rupture de l’équilibre hydrodynamique et la dégradation de la qualité des eaux. La piézométrie de la nappe montre que l’écoulement est divergent du centre vers les bordures dans la moitié septentrionale de la nappe et devient Est-Ouest dans la moitié Sud avec une inversion du sens général de l’écoulement observé entre les cartes piézométriques de 1964 et de 2005. L’élaboration d’un modèle mathématique 3D aux différences finies, en régime permanent pour l’état de 1964, a permis d’appréhender de la distribution spatiale de la perméabilité et de la recharge. Ce modèle qui confirme le fonctionnement hydrogéologique du système aquifère des Mnasra a permis de calculer les différents termes du bilan hydrique qui s’avère très équilibré. hidrogeológico do sistema do aquífero de Mnasra, permitiu calcular os diferentes termos de balanço de água que é bastante equilibrado. Palavras-chave: aquífero costeiro de Mnasra, hidrogeologia, modelação hidrodinâmica, estado constante. 1 Université Sidi Mohammed Ben Abdellah, Faculté des Sciences Dhar el Mahraz, Département de Géologie, Laboratoire de Géodynamique et Ressources Naturelles, BP 1796 (Atlas), Fès, CP 3000, Maroc. 2 Université Moulay Ismail, Faculté des Sciences, Département de Géologie, BP 4010, Meknès, Maroc. 3 Université Cadi Ayyad, 3GEOLAB, B.P. 2390, Marrakech, Maroc. 4 Centro de Geologia da Universidade de Lisboa (CeGUL), Portugal. *Autor correspondente / Corresponding author: [email protected] Mots-clés: nappe côtière des Mnasra, hydrogéologie, modélisation hydro-dynamique, régime permanent. 1. Introduction Abstract: During the last decade, the Plio-Quaternary aquifer of Mnasra has been subjected to an anarchic and non-rational groundwater abstraction, generating an overexploitation of the aquifer and causing the rupture of the hydrodynamic equilibrium and degradation of water quality. The piezometry of the watertable shows that the flow is divergent from center to edges in the northern half and becomes east-west in the southern half with a reversal of the general sense of flow between the piezometric maps of 1964 and 2005. The development of a mathematical model for 3D finite difference, under steady-state groundwater flow in 1964, was used to understand the spatial distribution of permeability and recharge. This model, that confirms the hydrogeological functioning of the Mnasra aquifer system, allowed calculating the different terms of water balance which is very balanced. Keywords: coastal aquifer of Mnasra, hydrogeology, hydrodynamic modelling, steady-state. Resumo: Durante a última década, o aquífero Plio-Quaternário de Mnasra tem sido sujeito a uma exploração das suas águas subterrâneas anárquica e irracional, gerando uma sobre-exploração do aquífero e causando a ruptura do equilíbrio hidrodinâmico e degradação da qualidade da água. A medição do nível piezométrico mostra que o fluxo é divergente do centro para os bordos na metade norte e torna-se este-oeste na metade sul com o reverter do sentido genérico de fluxo dos mapas piezométricos de 1964 e 2005. O desenvolvimento de um modelo matemático para diferenças finitas 3D, sob fluxo subterrâneo em estado constante em 1964, foi usado para compreender a distribuição espacial da permeabilidade e da recarga. Este modelo, que confirma o funcionamento La zone côtière des Mnasra bénéficie de l’avantage indéniable de l’existence d’une nappe phréatique de bonne qualité et accessible aux usagers à des profondeurs relativement faibles. Les productivités des captages sont en général bonnes, allant de pair avec la qualité des sols fertiles, ce qui explique le développement important de l’agriculture irriguée associée à une industrie agroalimentaire. La zone a connu un début d’exploitation des eaux souterraines par les puits et les forages en 1988 avec la mise en eau au début d’une superficie de 5800 hectares atteignant actuellement 38000 hectares environ. Les besoins en eau sans cesse croissants de la culture irriguée et de l’agro-industrie associée, de 145152 m3/j en 1993 à 547776 m3/j environ en 2006, exploités par plus de 3000 puits (ABHS, 2006), conjugués aux sécheresses récurrentes qu’a connu la région comme partout dans le Maroc lors des trois dernières décennies entraînant la rupture de l’équilibre hydrodynamique de la nappe phréatique et accusant la durabilité du tissu socio-économique par le déstockage des ressources en eau de la nappe ainsi que le risque de l’avancée du biseau salé à la limite Ouest de la nappe. Il est indispensable de savoir dans quelles mesures les potentialités en eaux souterraines permettent-elles un développement soutenu de l’agriculture irriguée et de l’agroindustrie accompagnatrice afin de répondre à la stratégie d’une gestion durable des ressources en eau. 74 L’étude du fonctionnement hydraulique spatio-temporel de la nappe a été faite en fonction de l’analyse des données de terrain à l’aide de la modélisation préalable afin d’appréhender la distribution spatiale des variables et de quantifier les différentes composantes du bilan de la nappe des Mnasra. A terme, le but est d’aider à développer une meilleure compréhension du fonctionnement hydrodynamique et par la même occasion aider à la prise de décisions pour le contrôle et la gestion rationnelle des ressources en eau dans la zone d’étude. 2. Presentation de la zone d’etude La région des Mnasra fait partie du bassin du Gharb et s’étend sur une superficie de 600 Km2 environ. Elle correspond à une bande côtière de 7 à 15 Km de large et de 70 Km de long entre la ville de Kénitra au Sud, la Merja Zerga au Nord, l’Oued Sebou à l’Est et l’Océan Atlantique à l’Ouest (Fig. 1). Elle est située à la limite entre deux grands ensembles structuraux, la chaîne rifaine active au Nord et la Meseta hercynienne stable au Sud. Dans l’ensemble, le bassin du Gharb dissymétrique et fortement subsident depuis sa formation au Miocène moyen jusqu’à l’actuel, a connu au cours de son évolution plusieurs fluctuations du niveau marin en relation avec les mouvements néotectoniques qui se sont traduits dans la zone côtière par des failles et par un soulèvement régulier de la Meseta, consécutif à un rééquilibrage isostatique (Le Coz, 1964; Choubert, 1957; Michard, 1976; Cirac, 1985; Chalouan & Michard, 2004; Chalouan et al., 2001; Michard et al., 2002; Platt et al., 2003). Le substratum imperméable de l’aquifère plio-Quaternaire des Mnasra affleure au Nord dans les zones limitrophes du bassin du Gharb avec le bassin du Dradere-Souïere, au niveau des collines de Rhabat-Lalla Zahra avec une épaisseur plus ou moins B. Bouya et al. / Comunicações Geológicas (2011) 98, 73-81 constante allant de 170 à 200m (Fig. 1). Il est représenté par une épaisse série des marnes bleues déposées dans un environnement marin profond pendant le Miocène supérieur et le Pliocène moyen (Cirac, 1985; Wernli, 1987) et se présente sous forme d’une demi-cuvette fortement redressée sur les bordures Nord et se relevant progressivement vers l’Ouest et vers le Sud (Kili et al., 2006). Les dépôts plio-Quaternaires sus-jacents sont représentés par une série marine régressive (Cirac, 1985; Flinch, 1993) comprenant de la base au sommet: des silts, des sables très fins puis des calcaires biodétritiques représentant un faciès de plage médiolittoral et enfin des cailloutis correspondant au remplissage de chenaux fluvio-estuariens (Le Coz, 1964; Aberkan, 1989). Au cours du Villafranchien supérieur, les mouvements orogéniques tardi-alpins accentuent la subsidence qui se poursuit durant tout le Quaternaire. En effet, la zone des Mnasra est largement couverte par des formations essentiellement marines sableuses et gréso-sableuses du Soltanien (équivalent du Weichsélien) (Cirac, 1985). Ces dépôts qui constituent l’essentiel des formations de surface dans la zone des Mnasra évoluent sur les bordures de l’oued Sebou où ils sont représentés par des dépôts continentaux d’alluvions argileuses ou limoneuses du Gharbien (équivalent de l’Holocène récent; Biberson, 1971; Aberkan, 1989; Le Coz, 1964). La transgression marine quaternaire n’affecte que la frange littorale et les petits bassins côtiers (Rabat, Kenitra et Moulay Bou Selham) (Cirac, 1985) et les fluctuations de la ligne de rivage ont permis l’édification des cordons dunaires littoraux formés de sables d’origine marine remobilisés par le vent et consolidés ensuite et dont l’épaisseur peut atteindre 200 m (Fig. 2). Fig. 1. Carte géologique du secteur d’étude (tirée des cartes géologiques au 1/100 000: Sidi yahia du Rahrb, Rabat, Souk Larbaa du Gharb; éditées par la Société chérifienne Pétrolière en 1950 et 1951. N°IRE: 1: 1531/8, 2: 1562/8, 3: 1563/8, 4: 1564/8, 5: 1764/8, 6: 1765/8, 7: 1769/8, 8: 1806/8, 9: 1820/8, 10: 1916/8, 11: 3365/8, 12: 3446/8; AA’: situation de la coupe de la Figure 2. Fig. 1. Geological Map of the studied area (based on geological maps at 1/100 000 of Sidi Yahia Gharb, Rabat, and Souk Larbaa Gharb which were published by the Société Chérifienne de Pétrole (SCP) between 1950 and 1951. N°IRE: 1: 1531/8, 2: 1562/8, 3: 1563/8, 4: 1564/8, 5: 1764/8, 6: 1765/8, 7: 1769/8, 8: 1806/8, 9: 1820/8, 10: 1916/8, 11: 3365/8, 12: 3446/8; AA’: situation of the cross section of Figure 2. Fig. 1. Mapa geológico da área estudada (baseado nos mapas geológicos à escala 1/100 000 de Sidi Yahia Gharb, Rabat, e Souk Larbaa Gharb que foram publicados pela Société Chérifienne de Pétrole (SCP) entre 1950 e 1951. N°IRE: 1: 1531/8, 2: 1562/8, 3: 1563/8, 4: 1564/8, 5: 1764/8, 6: 1765/8, 7: 1769/8, 8: 1806/8, 9: 1820/8, 10: 1916/8, 11: 3365/8, 12: 3446/8; AA’: localização do corte na Figura 2. L’aquifère Côtier des Mnasra 75 4. Fonctionnement hydrogeologique de l'aquifère des Mnasra 4.1. Caractéristiques hydrodynamiques de la nappe des Mnasra Fig. 2. Coupe géologique NW-SE de la zone côtière du Gharb (Mnasra) (d’après Combe, 1975). Fig. 2. NW-SE geological section Cross of the coastal area of Gharb (Mnasra) (after Combe, 1975). Fig. 2. Corte Geológico NW-SE da área costeira de Gharb (Mnasra) (depois de Combe, 1975). 3. Lithologie et stratigraphie de l’aquifère des Mnasra Le complexe aquifère plio-Quaternaire des Mnasra est constitué de formations sablo-gréseuses et présente une extrême hétérogénéité des séries sédimentaires associée aux passages verticaux et latéraux assez fréquents et brusques de faciès. Il présente une continuité géologique et structurale avec les niveaux aquifères profonds. Aussi, l’intercalation à différentes profondeurs des dépôts lenticulaires, argileux et argilo-sableux discontinus plus ou moins individualisés et dont l’épaisseur ne dépassant pas 5m, rend difficile la détermination et la délimitation de l’écran argileux intermédiaire (d'âge amirien-soltanien) et séparant l’aquifère phréatique supérieur et l’aquifère profond des Mnasra (Combe, 1975). Cet écran argileux qui s’intercale entre les niveaux gréso-sableux du Plio-Quaternaire au Nord de Sidi Allal Tazi, disparaît au Sud Sidi Allal Tazi et laisse place à un niveau argilo-sableux rouge plus au moins épais. La puissance des formations aquifères Plio-Quaternaires des Mnasra enregistre des valeurs de 180 à 260m dans les dépressions de la zone Sud (Fig. 3). Ces épaisseurs diminuent vers le Nord où la puissance se situe entre 170 et 210m et l’épaississement des formations se fait vers l’Ouest (dans la zone littorale) et vers l’Est; de part et d’autre du haut fond Subméridien qui correspond à un soulèvement du substratum marneux du Mio-Pliocène. Les variations d’épaisseurs des dépôts Plio-Quaternaires sont liées à la géomorphologie de la zone des Mnasra constituée par un ensemble de hauts et de bas fonds (Fig. 2 et 3). Pour toutes ces raisons, la nappe des Mnasra est considérée comme une seule nappe aquifère libre emmagasinée dans les remplissages Mio-Pliocène et Quaternaire de la plaine du Gharb dont une partie est d’origine fluviatile; déposée par le principal cours d’eau de la plaine représenté par l’oued Sebou (Cirac, 1985; Flinch, 1993; Flinch & Vail, 1998; Morel, 1988; Chalouan & Michard, 2004). Le substratum de la nappe est constitué d’un écran imperméable argileux à argilo-marneux du Miocène supérieur et du Pliocène moyen (Cirac, 1985; Wernli, 1987). 4.1.1. Transmissivité D’une façon générale, les transmissivités oscillent entre 6x10-4 et 2x10-2 m2/s avec une moyenne de 6x10-3 m2/s (tableau 1). Les plus importants écarts de la transmissivité sont enregistrés dans le centre de la zone d’étude; avec un maximum de 1,8x10-2 m2/s enregistré près de la zone littorale. Dans la partie septentrionale des Mnasra, les transmissivités sont assez élevées près du littoral où elles atteignent 2,1x10-2 m2/s ainsi que dans la partie centrale près de l’oued Sebou avec des valeurs de l’ordre de 2x10-2 m2/s. Dans la partie Sud, on note une certaine augmentation des transmissivités en allant du Nord vers le Sud; les valeurs sont de l’ordre de 2x10-3 à 1x10-2 m2/s au voisinage du barrage de Garde et de l’ordre de 7x10-3 m2/s près de la ville de Kenitra. Il ressort que les valeurs des transmissivités présentent spatialement des écarts importants qui se rapportent à l’hétérogénéité latérale et verticale des faciès lithologiques dans l’aquifère des Mnasra. Dans les grès dunaires, les transmissivités sont plus élevées à cause de l’importance des épaisseurs des formations sablo-gréseuses qui dominent les faciès de l’aquifère en présence alors qu’elles sont moins importantes dans les dunes et replats dunaires de la plaine alluviale. Fig. 3. Carte des isopaques (en metres) du Plio-Quaternaire des Mnasra. Fig. 3. Isopach map (in meters) of Plio-Quaternary Mnasra. Fig. 3. Mapa de isópacas (em metros) do Plio-Quaternário de Mnasra. 4.1.2. Porosité éfficace Les valeurs des coefficients d’emmagasinement disponibles sont très peu nombreuses pour permettre la caractérisation de la fonction capacitive du réservoir Plio-Quaternaire des Mnasra. 76 Ces valeurs obtenues par interprétation des essais de pompage sont au nombre de 5 dont 2 se situent en dehors de la région d’étude; précisément dans la moitié Sud des Mnasra au-delà immédiat du Sebou; limite Est des Mnasra. Il s’agit des forages 3365/08 et 1916/08 exécutés au niveau des affleurements quaternaires du Tirs où les valeurs des coefficients d’emmagasinement sont de l’ordre de 3x10-7 à 5x10-6 (tableau 1). Parallèlement, le forage 3346/08 implanté dans les Mnasra au niveau de ces mêmes affleurements du Tirs (à 3 km environ au Nord-Ouest du forage 3365/08) présente une valeur d’emmagasinement située dans le même ordre de grandeur que celui des deux forages précités; soit une valeur 3,6x10-7. Les deux forages restants, et presque contigus, sont exécutés dans la moitié septentrionale des Mnasra (à 2 Km environ de la côte Atlantique) au niveau des affleurements des sables quaternaires des Merjas. Ces deux forages présentent des valeurs du coefficient d’emmagasinement de 1x10-5 et de 13x10-5. Ces valeurs quoi qu’elles soient loin d’être représentatives, elles expriment cependant l’hétérogénéité des formations aquifères des Mnasra. Tableau 1. Résultats des essais de pompage pour l’estimation de la transmissivité et de la Porosité efficace (Sy). Table 1. Evaluation of transmissivity and effective porosity (Sy) from pumping tests. Tabela 1. Avaliação da transmissivaidade e porosidade efectiva (Sy) pelos testes de bombagem. 4.2. Profondeur et piézométrie de la nappe des Mnasra Les valeurs ponctuelles de la profondeur de la surface piézométrique de la nappe des Mnasra enregistrées en février 2005 fluctuent entre 0.15 et 41.5m (Fig. 4). L’examen des profondeurs d’eau montre que les faibles valeurs sont enregistrées dans la partie septentrionale des Mnasra et sont généralement inférieures à 3 m. La nappe se situe à une profondeur de 5 à 6 m dans la zone centrale des Mnasra et s’approfondit dans la partie Sud de la zone d’étude où elle se situe généralement entre 6 et 24 m par rapport au sol. Les caractéristiques piézométriques de la nappe phréatique des Mnasra sont le reflet des conditions naturelles d’alimentation de la nappe par les précipitations et de son déstockage par évaporation directe ainsi que par les sorties vers l’Océan Atlantique. L’étude comparative de la piézométrie réalisée en Février 2005 avec celle de 1964 établie par Combe (1975) (Fig. 5(a)) montre que l’écoulement des eaux de la nappe des Mnasra dans la moitié nord est resté le même (Fig. 5(b)). Par opposition, dans la moitié sud, l’écoulement qui à l’origine était orienté du B. Bouya et al. / Comunicações Geológicas (2011) 98, 73-81 Sud-Est vers le Nord-Ouest, est divergent et se fait actuellement en direction de l’Océan (orienté vers l’Ouest) et de la plaine alluviale (orienté vers l’Est) de part et d’autre d’une ligne de partage des eaux orientée NE-SW. Cette structure s’apparente à celle observée dans la moitié septentrionale de la zone d’étude. Ce changement entre les deux états piézométriques dans la moitié Sud des Mnasra se rapporte à l'intensification des pompages agro-industriels; notamment du côté de la plaine alluviale en l’absence de pompages dans la zone du cordon dunaire qui longe l’Océan Atlantique. Les gradients hydrauliques sont en général faibles, inférieures à 1x10-2 près du littoral et augmentent en direction de la plaine alluviale avec des valeurs comprises entre 2x10-2 et 5x10-2 dans la moitié méridionale de la nappe. Dans la partie centrale, les valeurs du gradient sont inférieures à 2x10-2 et deviennent importants dans la moitié septentrionale (dans la zone des dunes intérieures) où les valeurs se situent entre 3x10-2 et 1x10-1. Afin de mesurer les tendances évolutives spatio-temporelles de la nappe, un suivi des données piézométriques de quatre points d’eau (bien réparti géographiquement) faisant partie du réseau piézométrique de l’Agence du Bassin Hydraulique du Sebou (ABHS) a été réalisé. A l’échelle interannuelle, les fluctuations sont variables d’une année à l’autre selon les pluies et les années exceptionnellement pluvieuses sont marquées par des remontées spectaculaires du niveau piézométrique. Par opposition, pendant les années sèches, la réduction des apports naturels de la nappe à partir des précipitations se répercutait beaucoup plus sur les volumes soustraits par évaporation directe que sur le niveau piézométrique. L'analyse des données des quatre points d'eaux montre une évolution différente selon le secteur considéré (Fig. 6). D’une manière générale, les trois piézomètres 324/08, 698/08 et 1765/08 situés respectivement au Nord, au Sud et à l’Ouest de la zone d’étude, révèle une tendance générale à la baisse, de l’ordre de 2 à 4 m. Les plus importantes remontées sont enregistrées à la suite de périodes pluvieuses un peu prolongées (Novembre 1962, Janvier-Février 1966, Novembre-Décembre 1968 et Décembre 1976-Février 1977). Le piézomètre 1765/08 implanté dans la moitié septentrionale des Mnasra, à 2 km environ de la côte Atlantique, révèle que les remontées spectaculaires et brusques de la surface piézométrique sont enregistrées lors des périodes pluvieuses. Par opposition, le rabattement généralisé de la nappe qui s’est opéré depuis le début des années quatre vingt et qui se poursuit jusqu’à l’actuel est moins senti dans la zone côtière où il est estimé à moins de 0.5 m. La stabilité de la nappe dans la zone côtière se rapporte au fait que cette dernière n’est pas exploitée pour l’irrigation et qu’elle est toujours influencée par le régime naturel d’alimentation. En contre partie, le faible rabattement peut être expliqué par la réduction des apports latéraux à partir de l’Est. 4.3 Essai de Bilan de la nappe des Mnasra L’alimentation naturelle de la nappe des Mnasra se fait à partir de l’infiltration des eaux pluviales qui constituent la principale composante de recharge de la nappe (soit 80% des apports; ORMVAG, 1996), du drainage de l’oued Sebou et des transferts latéraux à partir de la nappe du Gharb qui constitue la continuité hydraulique de la nappe des Mnasra à l’Est. Cette nappe est aussi alimentée par les retours des eaux de la nappe sollicitée pour les besoins de l’irrigation. Pour ce qui est du déstockage de la nappe, il se fait en partie par le drainage par le Sebou et par la remontée de la nappe jusqu’à affleurement (débordements des Merjas) qui représentent respectivement 8.5% et 5.5% des prélèvements (DRPE, 1994). L’aquifère Côtier des Mnasra Les principaux termes de sorties de la nappe des Mnasra correspondent aux prélèvements agricoles et aux sorties vers l’Océan Atlantique; elles constituent respectivement 64 % et 20.5 à 21.5% des sorties (DRPE, 1994 et ORMVAG,1996). Un essai de bilan de la nappe a été établi dans le cadre d’une étude de modélisation mathématique de la nappe des Mnasra réalisée par la Direction de Recherche et de Planification des Eaux (DRPE, 1994) et revu dans le cadre du Projet «Aménagement hydro-agricole de la troisième tranche d’irrigation de la plaine du Gharb, zone Mnasra (zone côtière)» (ORMVAG, 1996). 77 L’analyse du tableau 2 montre que, par opposition au bilan établi par la DRPE (1994), le bilan établi par l’ORMVAG (1996) est déséquilibré et montre un déstockage de la nappe qui pourrait s’expliquer par la tendance de la nappe à la baisse. Cette baisse, qui est de l’ordre de 3 à 8 cm/an, reste cependant faible par comparaison au déficit qui est de 7 à 22%. Ce qui laisse supposer que le déstockage de la nappe est en relation avec l’avancée du biseau salé dans la moitié Sud des Mnasra. Cette intrusion marine a été mise en évidence par l’étude géophysique réalisée par la DRPE (in ORMVAG, 1996) et dont les résultats montrent que l’interface eau douce-eau salée s’étend dans la moitié Sud jusqu’à l’oued Sebou où elle est probablement freinée par l’existence d’horizons imperméables. Cette interface s’étend jusqu’à 11 Km à l’intérieur des terres et les flux d’eau salée entrants à la nappe à partir de l’Océan Atlantique et qui ne sont pas pris en considération dans le bilan hydrique doivent correspondre aux volumes déstockés de la nappe. Tableau 2. Bilan hydrique estimé de la nappe des Mnasra. Table 2. Estimated water balance of the Mnasra aquifer. Tabela 2. Balanço de água estimado do aquífero de Mnasra. SORTIES ENTREES Bilan DRPE (1994) Fig. 4. Carte de profondeur (en metres) de la nappe des Mnasra, Février 2005. Fig. 4. Depth map (in meters) of the aquifer Mnasra, February 2005. STOCKAGE Bilan ORMVAG (1996) en L/s en m3/j en L/s en m3/j 2150 185760 1650 à 1950 142560 à 168480 285 25056 308 26784 166 15 14688 864 158 - Total 2616 226368 2116 à 2416 Drainage par Sebou Drainage par l'Océan Prélèvements agricoles Débordements des merjas Total 225 19872 220 13824 183168 à 209088 19008 559 48384 537 46656 1684 145152 1684 145152 148 12960 148 12960 2616 226368 2589 0 0 - 473 à -173 223776 -41472 à 14688 Apports Précipitations Alimentation par Sebou Retours d'irrigation Transferts de l'est Fig. 4. Mapa de profundidades (em metros) do aquífero de Mnasra, Fevereiro de 2005. Fig. 5. Cartes piézométriques (en metres) de la nappe des Mnasra; (a) Etat de 1964 et (b) Février 2005. Fig. 5. Piezometric maps (in meters) of the aquifer Mnasra (a) State of 1964 and (b) State of February 2005. Fig. 5. Mapas piezométricos (em metros) do aquifer de Mnasra (a) Estado em 1964 e (b) Estado em 2005. - 78 B. Bouya et al. / Comunicações Geológicas (2011) 98, 73-81 Fig. 6. Evolutions des précipitations annuelles et de la piézométrie de quatre piézomètres de la zone d’étude. Piézomètre 698/08 (x=397,1Km; y=425,2Km), piézomètre 324/08 (x=419,4Km; y=467,25Km), piézomètre 1520/08 (x=416,99Km; x=448,76Km), Piézomètre 1765/08 (x=407,7Km; y=447,17Km). (En trait continu: Evolutions piézométriques; en tiret: les précipitations annuelle). Fig. 6. Trends of annual precipitation and piezometric evolutions of four piezometers of the study area. Piezometer 698/08 (x=397,1Km; y=425,2Km), Piezometer 324/08 (x=419,4Km; y=467,25Km), Piezometer 1520/08 (x=416,99Km; x=448,76Km), Piezometer 1765/08 (x=407,7Km; y=447,17Km). (Solid line: Evolutions piezometric; dashed: the annual precipitation). Fig. 6. Tendências da precipitação anual e avaliaçãoes piezométricas de quatro piezómetros da área de estudo. Piezómetro 698/08 (x=397,1Km; y=425,2Km), Piezómetro 324/08 (x=419,4Km; y=467,25Km), Piezómetro 1520/08 (x=416,99Km; x=448,76Km), Piezómetro 1765/08 (x=407,7Km; y=447,17Km). (Linha sólida: Evoluções piezométricas; tracejada: precipitação anual. 5. Modelisation hydrodynamique de l’aquifère en regime permanent sableux du Plio-Quaternaire des Mnasra (Combe, 1975) (Fig. 2 et 7 B). 5.1 Discrétisation du domaine d’écoulement dans le système aquifère des Mnasra 5.2 Conditions aux limites La simulation de l’écoulement de la nappe des Mnasra a été réalisée moyennant le code MODFLOW (Modular ThreeDimensional Finite-Difference Ground-Water Flow Model) développé par McDonald et Harbaugh en 1988 dans les séries de l’USGS dénommées "Techniques of Water-Ressources Investigations of the United States Geological Survey", basé sur la méthode des différences finies. La zone à modéliser correspond à la zone d’extension de l’aquifère Plio-Quaternaire des Mnasra qui s’étend sur environ 600 km2. Elle est limitée par les dunes de Lalla-Zahra au Nord, par l’Océan Atlantique à l’Ouest et par l’oued Sebou au Sud et au Sud-Est. La discrétisation dans le plan de la zone d’étude a été réalisé selon un maillage carré avec un pas de discrétisation spatial de 1000 m (soient 43 colonnes et 61 lignes). Le nombre de mailles actives compte 581 dont 156 mailles frontières (Fig. 7 A). Verticalement, nous avons considéré un système monocouche, localement tricouche, et les hauteurs des mailles sont variables et correspondent aux épaisseurs des formations Plio-Quaternaires (Fig. 7 A). L’adoption d’un système localement tricouche est justifié par la présence au Nord de Sidi Allal Tazi d’un écran argileux qui s’intercale entre les niveaux gréso- Au terme hydrodynamique, les limites de la zone d’étude ont été spécifiées comme suit (Fig. 7 A): - A l’Ouest, à la limite avec l’Océan Atlantique, nous avons considéré une limite à potentiel imposé de 0 m; - A l’Est, à la limite avec la plaine du Gharb qui constitue avec l’aquifère des Mnasra un même système aquifère continu, une condition de flux imposé entrant à partir de la nappe du Gharb a été retenue avec un débit de 15 l/s pour l’état de référence de 1964 (Combe, 1975); - Au Nord, où les dunes de Lalla-Zahra sont séparées de l’aquifère des Mnasra par un système de failles Est-Ouest empêchant tout écoulement entre les deux zones (Combe, 1975), la limite septentrionale de la nappe correspond alors à une limite à flux nul (limite étanche); - Au Sud et au Sud-Est de la nappe, l’oued Sebou à été considéré comme une limite à potentiel imposé. 5.3 Paramètres hydrodynamiques L’étude statistique des valeurs ponctuelles de la perméabilité a permis d’approcher la distribution spatiale de la conductivité hydraulique de l’aquifère des Mnasra. Le traitement géostatistique des données a été entrepris avec la prise en compte des informations acquises relatives à l’hétérogénéité des L’aquifère Côtier des Mnasra formations Plio-Quaternaires et de leurs extensions. Ce qui a permis de générer un zoning initial basé sur trois champs homogènes de perméabilité dont les valeurs s’échelonnent entre 5x10-7 et 1x10-4 m/s avec facteur d’anisotropie vertical estimé à 0.1 (Fig. 9 (a)): - Une valeur de 1x10-4 m/s a été attribuée à la zone d’affleurement des sables du cordon dunaire et des conglomérats Plio-Quaternaires; - Une valeur de 5x10-5 m/s a été attribuée à la zone d’affleurement des sables des merjas et des dunes internes d’âge quaternaire ancien et récent; - Une valeur de 5x10-7 m/s a été attribuée à la zone d’affleurement des tirs d’âge quaternaire récent (Gharbien ancien) qui se rencontrent dans la moitié Sud des Mnasra. 5.4 Choix de l’état de référence et sollicitations de la nappe La piézométrie de référence choisie pour la simulation du modèle de la nappe des Mnasra en régime permanent est celle relevée en 1964 (Combe, 1975). Le choix de cet état est justifié par le fait 79 que c’est le plus ancien état disponible et que, à cette époque, la nappe était très peu sollicitée et sous régime naturel d’alimentation à partir des précipitations et de déstockage par drainage naturel par l’oued Sebou et par les sorties vers l’Océan Atlantique. La recharge de la nappe par infiltration des eaux pluviales est établie pour une pluviométrie moyenne de 600 mm/an. Cette recharge est exprimée sous forme de flux imposables par zone et le zooning est établi sur la base de l’étude pédologique réalisée par l’ORMVAG (1996). Les trois zones d’égales valeurs d’infiltrations retenues sont: - Une zone de sols très perméables avec un coefficient d’infiltration compris entre 20 et 25% et correspond aux sols sableux; - Une zone des sols moyennement perméables avec un coefficient d’infiltration de 15% et correspond aux sols hydromorphes; - Une zone peu perméable où le coefficient d’infiltration est de 3%, il s’agit des vertisols. Fig. 7. A: Discrétisation du domaine à simuler par la méthode des différences finies avec l’exposition des conditions aux limites; B: Coupes N-S et E-W illustrant la géométrie du réservoir Plio-Quaternaire des Mnasra. Fig. 7. A: Discretization of the domain to be simulated by the finite difference method with the exposure of boundary conditions ; B: NS and EW sections illustrating the geometry of the PlioQuaternary reservoir of Mnasra. Fig. 7. A: Discretização do domínio a ser estimulado pelo método de diferenças finitas com a exposição das condições de fronteira; B: Cortes NS e EW ilustrando a geometria do reservatório PlioQuaternário de Mnasra. 80 Tableau 3. Bilan global de la nappe des Mnasra calculé après calage du modèle en régime permanent. Table 3. Overall balance of the Mnasra aquifer calculated after calibration of the model in steady state. Tabela 3. Balanço global do aquífero de Mnasra depois da calibração com um modelo de estado constante. ENTREES Le calage du modèle consiste à reproduire les plus importantes structures de l’écoulement de la nappe phréatique des Mnasra. Le calage a été fait par optimisation des valeurs de la perméabilité selon la méthode classique des essais-erreurs "trials and errors". Il était alors question de déterminer la perméabilité optimale à affecter à chaque zone du modèle et qui permet la simulation de la piézométrie la plus proche de la piézométrie mesurée. Nous avons également tenté lors du calage d’ajuster, à moindre degré, les valeurs de la recharge de la nappe. La modélisation hydrodynamique du système aquifère des Mnasra en régime permanent a permis d’atteindre les objectifs fixés de manière satisfaisante. Le calage du modèle tridimensionnel en régime permanent pour l’état de référence 1964 est jugé satisfaisant, avec un écart moyen faible entre les valeurs mesurées et celles restituées par le modèle. Une fois les grandes tendances piézométriques entre états mesuré et simulé sont représentées et une précision acceptable est atteinte (Fig. 8), le calage du modèle fut arrêté. La carte de perméabilité de la nappe obtenue après calage du modèle montre que les valeurs de la perméabilité sont de mêmes ordres de grandeur que celles adoptées initialement; exceptée la zone correspondant aux affleurements des tirs où la perméabilité ajustée est de 5x10-5 m/s (Fig. 9 (b)). Au terme de l’opération de calage, le bilan simulé de la nappe a permis d’évaluer les différents termes d’entrées et de sorties de la nappe (tableau 3). Les principales entrées sont constituées par l’infiltration des eaux de pluies (72.6% des entrées), l’alimentation par l’oued Sebou (21.4% des entrées) et l’alimentation à partir de la nappe du Gharb (6% des entrées). Les sorties de la nappe sont principalement constituées par les drainages naturels vers l’oued Sebou (41.1% des sorties) et vers l’Océan Atlantique (38.3% des sorties); le reste est partagé entre le débordement de la nappe et les transferts latéraux vers le bassin du Gharb avec des taux respectifs de 8.9% et de 11.7%. Le bilan hydrique de la nappe des Mnasra calculé par le modèle à la fin de la simulation en régime permanent comparé au bilan approché (Tableau 2) montre que les débits calculés sont relativement inférieurs aux débits approchés mais restent acceptables. Apports Précipita tions Alimentation pa r Sebou Alimentation à pa rtir du Gha rb Total SORTIES 6. Resultats et discussion B. Bouya et al. / Comunicações Geológicas (2011) 98, 73-81 Dra ina ge pa r l Océa n Dra ina ge pa r Sebou Tra nsfert la tera ux vers Gha rb Débordements de la na ppe Total STOCKAGE Débits en L/s Volumes en m3/j 1435,52 124416 424,34 36288 117,26 10368 1977,12 171072 758,01 65664 812,13 69984 231,89 19872 175,09 15552 1977,12 171072 0 0 7. Conclusions generales Fig. 8. Calage du modèle en régime permanent sur la piézométrie de 1964, (en trait continu: piézométrie mesurée; en tiret: piézométrie simulée). Fig. 8. Calibration of model in permanent regime, using piezometry of 1964 (solid line: measured piezometry; dashed: simulated piezometry). Fig. 8. Calibração do modelo em regime permanente, usando piezometria de 1964 (linha sólida: piezometria medida; tracejado: piezometria estimulada. Pour ce qui est de la recharge, les ajustements opérés ont touchés la zone faiblement imperméable et la zone moyennement perméable. L’étude hydrogéologique entreprise dans le cadre de la présente étude a permis l’identification du comportement hydraulique de l’aquifère des Mnasra et abouti à l’élaboration d’un modèle en 3D aux différences finies de l’écoulement de la nappe en régime permanent. Les résultats obtenus mettent également en évidence l’inversion du sens d’écoulement entre les deux états piézométriques de 1964 et 2005 sur la majeure partie de la moitié méridionale de la nappe des Mnasra. A cet endroit de la zone d’étude, l’écoulement orienté actuellement de l’Océan Atlantique vers le continent se rapporte à l’exploitation intensive des eaux souterraines pour les besoins de l’irrigation conduisant ainsi à un déficit accentué du bilan hydrique de la nappe. Ce déficit, met en cause l’équilibre hydrodynamique précaire existant, ayant eu pour conséquence une intrusion marine corroboré par les résultats de la géophysique réalisés par la DRPE (ORMVAG, 1996). L’élaboration d’un modèle mathématique de la nappe des Mnasra en régime permanent a permis de confirmer le fonctionnement hydrogéologique du système aquifère et d’appréhender la distribution des paramètres et des sollicitations. De même, ce modèle a permis de calculer les L’aquifère Côtier des Mnasra différents termes du bilan hydrogéologique qui s’est avéré très équilibré et proche de celui établi par la DRPE (1994) et l’ORMVAG (1996). Une stratégie pour une gestion rationnelle et durable de la ressource en eau, basée sur un modèle mathématique 3D de la 81 nappe côtière des Mnasra, en régime transitoire, avec une approche de l’écoulement à densité variable couplé au transport de solutés serait souhaitable afin de mieux quantifier les termes du bilan en tenant compte de l’apport de l’invasion marine et de prévoir l’évolution et l’extension de cette intrusion marine. Fig. 9. (a) Carte de zones d’égales valeurs de perméabilité de la nappe Plio-Quater-naire des Mnasra; (b) Carte de distribution de la perméabilité après calage du modèle. Fig. 9. (a) Zones of iso-values of hydraulic conductivity of the PlioQuaternary Mnasra aquifer; (b) distribution map of hydraulic conductivity after calibration. Fig. 9. (a) Zonas de iso-valores de condutividade hidrálica no aquífero Plio-Quaternário de Mnasra; (b) mapa de distribuição da condutividade hidráulica depois da calibração. Références Aberkan, M., 1989. Etude des formations quaternaires des marges du bassin du Gharb (Maroc nor-occidental). Thèse es Sciences, Université Bordeaux I, France, 290. Biberson, P., 1971. Essai de redéfinition des cycles climatiques du Quaternaire continental du Maroc. Quaternaire, 8, 1, 3-13. Chalouan, A., Michard, A., 2004. The Alpine Rif Belt (Morocco): a case of mountain building in a subduction-subduction-transform fault triple junction. Pure and Applied Geophysics, 161, 489-519. 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